专利名称：表面处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面处理设备，并且具体地，涉及其中表面处理材料流体沿着衬底的表面流动的表面处理设备。
背景技术：
例如，对于制造半导体器件等，诸如适合的反应气体的材料流体供应到衬底上以在其上形成半导体层、绝缘膜、导电层等，或者蚀刻或者清洁其表面，或者形成涂覆构件。在非半导体器件制造的领域中也已经广泛采用的这种处理能称为广义的表面处理，并且用于表面处理的设备能称为广义的表面处理设备。
例如，广义的表面处理设备包括用于半导体层在半导体晶片、绝缘晶片等上外延生长的外延设备；用于在半导体晶片上沉积薄膜(诸如适合的氧化物膜等)的化学气相沉积(CVD)设备；用于移除形成在半导体晶片上的薄膜等的干法蚀刻设备；等等。表面处理设备包括其中表面处理材料流体沿着与衬底的表面平行的方向供应的水平类型和其中表面处理材料沿着大致垂直于衬底的表面的方向供应的竖直类型。在后者，为了确保表面处理的均一性，衬底经常围绕在垂直于衬底的表面的方向上延伸的轴旋转。这种竖直型旋转表面处理设备用于各种用途，并在以下方面具有共同点。即，(I)具有各种形状的处理目标表面的处理目标物体置于设备的中间，然后被旋转，(2)材料气体或者液体从设备的上方供应，使得边界层通过旋转形成在处理目标物体的表面的附近，(3)在表面上或者在边界层中引起相转移和化学反应，由此获得表面处理的效果，并且(4)流体由于离心力从中间流到处理目标物体的外端部。如上所述，在竖直型旋转表面处理设备中，处理目标物体不必是平坦衬底，并且竖直型旋转表面处理设备能用于各种形状的处理目标物体。如上所述，竖直型旋转表面处理设备的特征可以包括在通过旋转处理目标物体而形成的边界层中诸如边界层厚度、温度、浓度等的物理参数的分布的均一性。这种均一性操作条件能导致在表面上均一性物理和化学反应的发生，因而，提高了产品的均一性。例如，专利文件I描述了在用于在半导体衬底的表面上形成外延生长层的CVD设备中，晶片高速(诸如每分钟几百转速以上)旋转造成晶片附近压力的下降，使得从晶片上方供应的反应气体被吸引(泵效果)到晶片表面，而且，在外延生长反应正在进行的晶片表面正上方的边界层均一地薄化，由此提高供应反应气体的效率，因而提高外延生长的速度。关于对泵效果的分析，非专利文件I描述了这样的示例对流体中在围绕垂直于平坦表面的轴以恒定的角速度旋转到盘周围的流动，对Navier-Stokes方程式求精确解。在文件中，描述了边界层的厚度作为流体的动粘性系数能近似为(v/ω)"2。并且，在盘的径向速度U、圆周速度V、轴向速度W和压力P的情况下,使用无量纲(dimensionless)距离z/ ( ν/ω)1/2进行规一化，应该求解4元联立偏微分方程，其中，z是沿着轴向的距离。计算结果示出流体的轴向速度w在接近盘的同时由于泵效果而随着沿着轴向的距离变短而变小，并在盘的表面上变为零，并且径向速度U示出这样的分布，其中径向速度U在盘的表面上为零，然后随着沿着轴向的距离而逐渐增大，并随着距离变得更长而再次返回到零。尽管在非专利文件I中没有考虑温度的效果，但是除了非专利文件I中描述的4元联立偏微分方程式之外，非专利文件2作为旋转盘上形成硅的技术也描述了对考虑了流体的导热率的热能方程式对5元联立偏微分方程式求解。专利文献专利文献I :日本专利公开公报No. Hei 9-63966非专利文献非专利文献I :Dr. Hermann Schlichting (由 Dr. J. K. Kestin 翻译)；Boumdary-Layer Theory;Seventh Edition;USA;Mc Graw-Hi11 Book Company;1979;p 102-104非专利文献2 :Richard Pollard et. al. ; Silicon Deposition on a RotatingDisk;J. Electrochem. Soc. ;Solid-state Science and Technoloby;USA;Marchl980;vol. I27, No. 3;p744-74
发明内容
技术问题如在专利文件I中所述，在竖直型旋转表面处理设备中，由于泵效果而有效地形成边界层，并且期待表面处理均一性和生产率的提高。此外，随着专利文件I和2的公开的内容的发展，能期待表面处理均一性的进一步提闻。注意，在竖直型旋转表面处理设备中，用在反应中的流体由于离心力从中间流到被处理的物体的外端部。即，用于将使用过的流体排出到外部的出口通道对与被处理的物体的表面平行的流动进行引导。理想地，平行流动在被引导到外部时能得到维持。然而，由于设备的设计或者安装情况，会经常有不能以此方式引导流动的情况。在此情况下，出口通道可能弯曲形成，并且结果，使用过的流体的流动会由于与出口通道的内壁的碰撞而受到干扰，并且包含在使用过的流体中的表面处理部件会在出口通道的内壁上引起反应。在外延设备等中，例如，半导体层可以附着到和沉积在出口通道的内壁。类似的问题不仅会在竖直型旋转表面处理设备的出口通道中发生，而且还在其中在与衬底的表面平行的方向上供应表面处理材料流体的水平型表面处理设备的出口通道中发生。本发明的目的是提供一种在表面处理材料流体沿着衬底的表面流动以被排放时能降低由于使用过的流体与出口通道的内壁碰撞而引起的紊流的表面处理设备。解决问题的手段根据本发明的表面处理设备包括外壳，其构成周壁；试料保持台，其设置在所述外壳内，用于保持试料；材料流体供应通道，其设置到所述外壳，用于将材料流体供应到在所述试料保持台上的所述试料；以及流体排出通道，其设置在所述外壳中的所述试料保持台的横向侧，用于将在沿着所述试料的表面流动的同时已经将表面处理施加到所述试料的所述材料流体作为使用过的流体经由在所述试料保持台的横向侧形成的出口排出到外部，其中，当与所述出口的横截面垂直的方向轴定义为X轴，与所述X轴正交的任意方向轴定义为y轴，所述出口的周缘端与所述y轴相交的点中的一个点的位置被定义为焦点位置，并还定义为所述I轴的+a位置，所述出口的所述周缘端与所述y轴相交的点中与所述焦点位置关于所述X轴对称的其他点的位置被定义为基准位置，并还定义为所述I轴的零位置，基准线定义在所述I轴的-a位置中，所述y轴的_a位置是与所述焦点位置在夹着所述基准位置的情况下对称的位置，与所述y轴平行的任意垂线与所述基准线相交的点定义为垂线上端点，并且所述任意垂线与从所述焦点位置延伸的任意线相交的点定义为垂线下端点时，所述流体排出通道包括通道一侧曲线，其是在所述垂线上端点和所述垂线下端点之间的距离等于所述焦点位置和所述垂线下端点之间的距离的情况下所述垂线下端点的轨迹而形成的经过所述基准位置的抛物线曲线，或者以所述抛物线曲线作为基准曲线而形成的抛物线类似曲线，以及通道另一侧曲线，其与所述通道一侧曲线相对，并且所述流体排出通道的形状基于所述通道一侧曲线和所述通道另一侧曲线而形成。此外，根据本发明的表面处理设备包括外壳，其构成周壁；试料保持台，其设置在所述外壳内，用于保持试料；旋转机构，其用于驱动以旋转所述试料保持台；材料流体供应通道，其设置在所述外壳中所述试料保持台的上方，用于将材料流体供应到所述试料保 持台上的所述试料；以及流体排出通道，其设置在所述外壳中的所述试料保持台的横向侧，用于将已经作为纵向流动而从所述试料保持台的上方朝着所述试料供应，然后在沿着所述试料的表面流动的同时已经将表面处理施加到所述试料的所述材料流体作为使用过的流体经由在所述试料保持台的横向侧形成的出口排出，其中，当与所述出口的横截面垂直的方向轴定义为X轴，与所述X轴正交且从所述试料保持台的上方朝着所述试料供应的所述材料流体沿着其流动的方向轴定义为y轴，作为所述出口的下端的所述试料保持台的最外圆周的上端的位置被定义为焦点位置，并且还被定义为所述I轴的+a位置，与所述焦点位置关于所述X轴对称的所述出口的上端的位置定义为基准位置，并且还被定义为所述I轴的零位置，基准线被定义在所述I轴的-a位置中，所述y轴的-a位置是与所述焦点位置在夹着所述基准位置的情况下对称的位置，与所述y轴平行的任意垂线与所述基准位置相交的点被定义为垂线上端点，并且所述任意垂线与从所述焦点位置延伸的任意线相交的点被定义为垂线下端点，所述流体排出通道包括通道一侧曲线，其是在所述垂线上端点与所述垂线下端点之间的距离等于所述焦点位置与所述垂线下端点之间的距离的情况下所述垂线下端点的轨迹而形成的经过所述基准位置的抛物线曲线，或者以所述抛物线曲线作为基准曲线而形成的抛物线类似曲线，通道另一侧曲线，其与所述通道一侧曲线相对，并且所述流体排出通道的形状基于所述通道一侧曲线和所述通道另一侧曲线而形成。此外，在根据本发明的表面处理设备中，优选地，所述流体排出通道可以具有高度尺寸等于在所述试料的表面上流动的边界层的厚度尺寸的出口。此外，在根据本发明的表面处理设备中，优选地，所述流体排出通道可以在在所述试料保持台的横向侧上形成的出口中具有角部形状。此外，在根据本发明的表面处理设备中，优选地，当所述试料保持台附加地具有设置在其外周侧的外侧构件时，所述外侧构件可以构成包括顶表面和从所述顶表面进一步向下延伸的光滑凸起形状的通道另一侧曲线，所述顶表面具有预定的宽度，并定位成比所述试料保持台的高度位置低一台阶，并且所述预定宽度限定成较窄，使得被所述台阶沿着设置所述台阶的方向弯曲的流体被防止沿着所述台阶流动而与相对的流体排出通道碰撞。此外，在根据本发明的表面处理设备中，优选地，所述外壳可以具有圆筒形状，所述圆筒形状具有与所述y轴平行的中心轴，并且所述流体排出通道可以包括具有通过将所述通道一侧曲线绕所述外壳的所述中心轴旋转而形成的旋转对称形状的一侧通道表面，具有通过将所述通道另一侧曲线绕所述外壳的所述中心轴旋转而形成的旋转对称形状的另一侧通道表面，以及连接表面，其用于连接所述一侧通道表面和所述另一侧通道表面。本发明的优点根据以上所述结构中的至少一者，表面处理设备具有设置在外壳中的试料保持台 的横向侧上的通道，用于将在沿着试料的表面流动的同时已经将表面处理施加到试料的材料流体作为使用过的流体经由在试料保持台的横向侧形成的出口排出到外部。流体排出通道的形状基于一侧的通道曲线(以下称为“通道一侧曲线”)和与通道一侧曲线相对的在另一侧处的通道曲线(以下称为“通道另一侧曲线”)而形成，其中，出口的周缘端中的一者的位置定义为焦点位置，另一者的位置定义为基准位置，并且通道一侧曲线通过基准位置。通道一侧曲线如下定义。即，在基准线定义在与焦点位置在夹着基准位置的情况下对称的位置的同时，通过垂直于基准线的垂线的长度等于从焦点位置延伸到垂线的任意线的长度的点的轨迹形成通道一侧曲线。这种曲线构成用于所谓的平行反射镜的抛物线曲线，在平行反射镜中，来自焦点位置并碰撞曲线因而被曲线反射的入射波与垂线平行地行进。因而，从出口的圆周端处的焦点位置流动并碰撞通道一侧曲线因而被通道一侧曲线反射的流体结果彼此平行地流动。由此，当表面处理材料流体沿着衬底的表面流动以排出时，可以减小由于使用过的流体碰撞出口通道的内壁而引起的紊流。根据以上所述结构中的至少一者，竖直型旋转表面处理设备具有这样的流体排出通道，用于将已经作为纵向流动而从试料保持台的上方朝着试料供应，然后在沿着试料的表面流动的同时已经将表面处理施加到试料的材料流体作为使用过的流体经由在试料保持台的横向侧形成的出口排出。流体排出通道的形状基于通道一侧曲线和与通道一侧曲线相对的通道另一侧曲线而形成，其中，试料保持单元的最外圆周的上端的位置作为出口的下端定义为焦点位置，出口的上端的位置定义为基准位置，并且通道一侧曲线经过基准位置。注意，通道一侧曲线形成为用于所谓的平行反射镜的抛物线曲线，在平行反射镜中，来自焦点位置并与曲线碰撞因而被曲线反射的入射波与垂线平行地行进。因而，从限定在出口的圆周端中的焦点位置流动并与通道一侧曲线碰撞的流体结果彼此平行地流动。由此，当表面处理材料流体沿着衬底表面流动以排出时，可以减小由于使用过的流体碰撞出口通道的内壁而引起的紊流。此外，在表面处理设备中，流体排出通道具有高度尺寸等于在试料的表面上流动的边界层的厚度尺寸的出口。这使得可以以最佳最小尺寸限定出口。此外，在表面处理设备中，流体排出通道在在试料保持台的横向侧上形成的出口中具有角形状部分。这能有效地防止从流体排出通道朝着试料保持台一侧流动的回流的发生。此外，在表面处理设备中，对附加地具有设置在其外周侧的外侧构件的试料保持台，外侧构件包括顶表面，所述顶表面具有预定的宽度，并定位成比试料保持台的高度位置低一台阶，并且具有从定表面向下延伸的光滑凸起形状。预定宽度限定成较窄，使得被台阶沿着设置台阶的方向弯曲的流体被防止沿着台阶流动而与相对的流体排出通道碰撞。由于被台阶向下弯曲，使用过的流体能容易地朝着气体排出单元流动。利用具有适合宽度的台阶，可以防止流动与相对的流体排出通道碰撞，以确保从顶表面向下进一步延伸的光滑凸起形状的流动。此外，在表面处理设备中，优选地，外壳可以具有圆筒形状，所述圆筒形状具有与I轴平行的中心轴，并且流体排出通道可以包括具有通过将通道一侧曲线绕外壳的中心轴旋转而形成的旋转对称形状的一侧通道表面，具有通过将通道另一侧曲线绕外壳的中心轴旋转而形成的旋转对称形状的另一侧通道表面，以及连接表面，其用于连接一侧通道表面和另一侧通道表面。
图I是说明根据本发明的实施例的表面处理设备的结构的图； 图2是根据本发明实施例的表面处理设备的截面视图；图3是说明在根据本发明实施例的表面处理设备中朝着流体排出通道流动的流体的图；图4是说明在本发明的实施例中流体排出通道的形状的形成的想法的图；图5是说明在本发明实施例中用作流体排出通道的曲线的抛物线曲线的图；图6是说明在本发明实施例中用作流体排出通道的曲线的抛物线曲线的形成的图；图7是说明试料保持台和设置在试料保持台的外侧的保护环之间的关系的图；图8是说明在本发明的实施例中流体排出通道的作用的图；图9是说明在典型的传统表面处理设备中流体排出通道的图；以及图10是说明图9所示的典型的传统表面处理设备的流体排出通道的作用的图。
具体实施例方式以下，将参照附图详细描述根据本发明的实施例。以下，作为表面处理设备，描述一种竖直型旋转表面处理设备，其中表面处理材料流体在大致垂直于旋转的衬底的方向上供应，此后在对衬底施加表面处理的同时沿着衬底的表面流动。然而，这仅仅是用于图示的一个示例，并且其中表面处理材料流体沿着衬底表面流动的任何表面处理设备是可行的。例如，其中表面处理材料流体最初沿着衬底的表面供应的水平型表面处理设备是可行的。以下，将向下的形状描述为其中使用过的流体与衬底平行地初始流动然后向下排出的流体排出通道的形状。此形状适合于其中从设备的上方供应材料流体的竖直型旋转表面处理设备。同时，例如，水平型表面处理设备的流体排出通道可以具有非向下形状的形状。例如，流体排出通道可以成形为使得流动的方向可以在与衬底表面平行的平面上改变，并且针对流体排出通道可以酌情采用用于向上排出流体的向上形状。以下，用于单晶硅的外延生长设备描述为表面处理设备的示例。然而，这仅仅是示例，并且其中诸如适合的反应气体的材料流体供应到衬底上以在其上形成半导体层、绝缘膜、导电层等，或者蚀刻或者清洁其表面，或者形成涂覆构件的表面处理设备是可行的。
以下，对于单晶硅生长，作为SiHCL3+H2的混合物的反应气体称为用于表面处理的材料流体。这是仅仅为了便于说明表面处理设备而选择的结果，并且其他种类的反应气体是可行的，这取决于表面处理的性质。此外，诸如其他流体的材料流体也是可行的。例如，可使用喷淋蚀刻液体、光刻胶液体等。此外，以下，描述通过加热衬底进行的单晶硅生长。然而，这仅仅是表面处理的示例，并且在加热衬底或者在不加热衬底的情况下，通过将表面处理材料流体供应到旋转的衬底上而在衬底上形成膜的表面处理是可行的。注意，以下要描述的材料、尺寸、形状、温度、流量等仅仅是为了图示，可以根据表面处理的性质而适合地改变。例如，尽管晶片衬底描述为表面处理目标，具有凹凸形状的物体是可行的。以下，在所有附图中，类似的元件赋予类似的参考标号，并省略重复的描述。在描述中，必要时可以使用之前提及的参考标号。图I是说明表面处理设备10的结构的图。图2是表面处理设备的截面视图。表面处理设备10是以下类型的表面处理设备将表面处理材料流体40在大致垂直于衬底16 的方向上供应到旋转衬底16，使得此后表面处理材料流体40在施加表面处理的同时沿着衬底16的表面流动，并称为所谓的竖直型旋转表面处理设备。具体地，表面处理设备10是其中半导体体层借助于在半导体晶片、绝缘晶片等上的外延生长而形成的外延设备。注意，在图I中，与材料流体40流动的方向平行的方向轴定义为y轴，而与衬底16表面平行的方向轴被定义为X轴。在以下描述中使用的术语“上方(上)”和“下方(向下、降低)”定义成使得沿着I轴流动的材料流体40的上游方向定义为“上方(上)”，并且下游方向定义为“下方(向下、降低)”。一般地，从“上方(上)”到“下方(向下、降低)”的方向是重力的方向。表面处理设备10是具有构成圆筒形圆周壁的外壳12和置于外壳12内的盘状试料保持台14的设备。注意，衬底16不是表面处理设备10的构成部件，在图I中示出为用作表面处理的单晶硅外延生长处理的对象。硅晶片能用作衬底16。外壳12是具有在保持衬底16与外部隔离的同时将材料气体(其用作用于表面处理的材料流体40)供应到衬底16 (试料保持台14上的试料)并将使用过的流体42引导外部的功能的反应容器。在外壳12中设置在试料保持台14上方的圆筒形部分22构成用于将材料流体40供应到衬底16或者试料保持台14上的试料的材料流体供应通道。外壳12中形成在试料保持台14的侧向并具有随着远离圆筒形部分22而扩展的形状的通道是流体排出通道24。流体排出通道24是以下功能的通道将已经从试料保持台14的上方朝着衬底16或者试料作为竖直流供应的、然后在沿着衬底16的表面流动的同时已经将表面处理施加到衬底16的材料流体40，作为使用过的流体42经由形成在试料保持台14的横向侧上的出口排出的功能。包括流体排出通道24的形状等的细节下文描述。连接到外壳12的圆筒形部分22的供应单元30是具有以恒定的流量和恒定的压力供应作为用于单晶硅外延生长处理的材料流体40的反应气体的功能的气体供应装置。作为反应气体，能使用SiHCL3+H2的混合气体。连接到外壳12的流体排出通道24的气体排出单元32是具有将已经从流体排出通道24引导的使用过的流体42在对使用过的流体42施加适合的排出气体无害化处理之后向外部排出的功能的气体排出装置。气体排出单元32能包括用于将使用过的气体容易地引导到外部的排出泵等。作为排出气体无害化处理，能采用稀释处理。此外，能采用用于借助于沉淀反应等移除包含在使用过的流体42中的有害成分的移除处理等。试料保持台14是具有保持被表面处理作为对象的衬底16或者试料以及在加热的同时旋转衬底16的功能的旋转体。试料保持台14是具有形成在其下部上的凹部的圆筒形被覆盖构件，并具有形成在其上表面上用于刚性地保持衬底16的试料保持机构和置于其下部上的凹部内的加热器18。作为试料保持机构，能采用具有与晶片的外形一致的凹部的机构。此外，能采用用于将晶片以机械的方式固定在其外圆周等上的机构、用于借助于真空吸引固定晶片的机构等。注意，尽管试料保持机构与试料保持台14 一起旋转，但是加热器18不旋转。旋转单元34是具有驱动以预定的角速度ω围绕旋转中心轴旋转试料保持台14的功能的旋转机构。旋转中心轴垂直于试料保持台14的表面而延伸，并且是被覆盖圆筒形形状的中心轴。此外，旋转中心轴优选地与外壳12的圆筒形部分22的中心轴同轴。作为 旋转单元34，能包括电动机和用于将电动机和试料保持台14的被覆盖圆筒形形状的外圆周连接的动力传递机构。作为动力传递机构，能采用齿轮机构、带机构等。加热单元36是用于控制置于和保持在试料保持台14内的加热器18的接通/关断以将衬底16设定在预定的反应温度下的加热控制装置。加热控制能基于从用于检测加热器18的温度的温度传感器供应的数据而执行。设置在试料保持台14的外圆周周围的保护环19是具有保护旋转的试料保持台14的外圆周的功能的外构件。如图2所示，保护环19构成流体排出通道24的一部分，而其外圆周侧上的侧壁构成流体排出通道24的内侧上的内壁。即，使用过的流体42在保护环19的侧壁和以伞状扩展的流体排出通道24的外侧上的内壁之间流动。以下，将详细描述流体排出通道24的形状等。如上所述，流体排出通道24是用于将使用过的流体42经由在试料保持台14的横向侧上形成的出口引导到气体排出单元32的通道。因而，流体排出通道24的上游侧的开始是形成在试料保持台14的横向侧上的出口，而下游侧的结束是连接到气体排出单元32的连接端口。如图I所示，流体排出通道24对应于外壳12的下部，并具有随着远离外壳12的上部上的圆筒形部分22而几乎像伞或者裙子那样扩展的圆筒形对称形状。S卩，流体排出通道24是扩展的环形通道，其从环形出口延伸以包围被覆盖的圆筒形试料保持台14和保护环19的外圆周，经过具有下述的弯曲部分以向下环形开口的弯曲表面通道，其中，该环形出口在试料保持台14的外圆周端的整个圆周上在圆周方向上开口。注意，气体排出单元32的连接端口不必是环形的。相反，流体排出通道24的端部可以形成为封闭的环形形状，且孔形成在封闭的形状的一部分中，以用作与气体排出单元32连接的连接端口。流体排出通道24是具有让使用过的流体42在其内流动的功能的通道。沿着衬底16的表面在衬底16的径向方向上流动的使用过的流体42是在各个方向上流动的流动集合。流体排出通道24成形为使得在各个方向上流动的流动集合能尽可能地彼此平行地流动，使得能减小紊流。如上所述，流体排出通道24的外形大致像伞，形成这种形状的具体方法将在下文描述。
如上所述，图2是表面处理设备10的截面视图。如图2所示，外壳12具有圆筒形部分22和伞状流体排出通道24，其中圆筒形部分22连接到伞状流体排出通道24的部分构成角形状部分13。角形状部分13和试料保持台14之间的空间对应于用于沿着衬底16的表面在衬底16的径向方向上流动的出口。在试料保持台14可旋转的同时，保护环19相对于外壳12固定。图3是说明在出口附近的区域中流入流体排出通道24中的流动的图。在表面处理设备10中，如上所述,用于表面处理的材料流体40在大致垂直于旋转的衬底16的方向上供应，此后在对衬底16施加表面处理的同时沿着衬底16的表面流动。因而，结果，流动在出口附近的区域沿着衬底16的表面行进。图3示出在设定成使得形成具有厚度δ的流动的条件下在试料保持台14或者衬底16的外圆周附近的区域中径向速度u在轴向上的分布。如图3所示，径向速度u具有以下最大速度分布u (max)，其中，径向速度u在衬底16的表面上为零，然后随着距离z远离衬底16而逐渐增大，并随着距离z进一步远离衬底16变成更长而返回为零。 如上所述，径向速度存在于衬底16的表面附近的区域中，该区域具有从衬底16的表面沿着轴向的特定宽度。换言之，在具有从衬底16的表面沿着轴向的特定高度的区域中，使用过的流体42从衬底16的外圆周端沿着径向流动。流动的使用过的流体42的最大速度定义为最大速度u(max)。在图3中,径向方向的流动沿着轴向的区域的高度的范围定义为tv并且高度Iltl能定义为流体排出通道24的入口的高度。即，作为设定适当的阈值速度而定义的边界层的厚度的δ能用作高度Iv以下，将描述如上所述适合于平顺地引导从出口到气体排出单元32的流动的流体排出通道24的形状；具体地，像伞那样扩展的外形。如上所述，流体排出通道24成形为使得在各个方向上流动的集合能尽可能地彼此平行地流动，使得能减小紊流。作为能形成这种流动的通道的形状，能采用基于抛物线曲线的圆形对称形状。抛物线曲线是在所谓的平行反射镜中使用的曲线，其中当来自焦点位置的入射波碰撞曲线并在该曲线上反射时，任何反射的波与垂线平行地行进。图4是说明与其中流体排出通道24使用抛物线曲线60而成形的结构相关的原理的图。注意，图4中示出的X和y轴与图I中的相同。此处假定试料保持台14的外圆周端定义为抛物线曲线60的焦点位置50，并且从试料保持台14的顶表面向上隔开图3所述的出口的高度Iitl的位置定义为基准位置或者抛物线曲线60的开始位置。在此情况下，抛物线曲线60能获得为特征为从此点到基准线54的垂线的长度等于从此点到焦点位置50的线的长度的点的轨迹，其中，基准线54定义为从试料保持台14的顶表面向上隔开距离2h。。利用这样获得的抛物线曲线60，当来自焦点位置50对应于入射波的流动碰撞该曲线并在该曲线上反射时，与反射的波对应的任何获得的流动由于抛物线曲线60的特性而与垂直于基准线54的线平行地行进。即，利用抛物线曲线60作为流体排出通道24的形状，任何从试料保持台14的外圆周端沿着水平的流动能在没有干涉的情况下彼此平行地导向y方向。图5是说明抛物线曲线60的图，其中，所示出的X和y轴是在说明抛物线曲线60中使用的正交轴，参照图I描述的X和y轴能原封不动地使用。焦点位置50在xy坐标中表示为(O, a),并且定义为基准位置52的抛物线曲线60的顶点在xy坐标中表示为(0,0)。为了获得抛物线曲线60，需要基准线54。基准线54是与X轴平行，经过与焦点位置50对称的点(0，-a)的线，且基准位置52在焦点位置50和点(0，-a)之间。假定与y轴平行的任意垂线62与基准线54相交的点定义为垂线的上端点56(以下称为垂线上端点56)，并且任意的垂线62与从焦点位置50延长的任意的线64相交的点定义为垂线的下端点58(以下称为垂线下端点58)，抛物线曲线60给定为与垂线上端点56和垂线下端点58之间的距离对应的垂线62的长度等于与焦点位置50和垂线下端点58之间的距离对应的任意线64的长度的垂线下端点58的轨迹。以下以数学的方式进行说明。即，假定抛物线曲线60上垂线下端点58的位置一般表示为(x，y)，垂线62的长度等于任意的线64的长度。垂线62的长度给定为(y+a)，并且任意的线64的长度给定为|x2+(a-y)2}12。当这两个彼此相等时，x2=4ay成立。这是抛物线曲线的表达式。图6是说明图5所示的抛物线曲线60应用到流体排出通道24的图。为了将抛物线曲线60应用到流体排出通道24，与出口的截面垂直的方向轴定义为X轴，而与X轴正交 并在从试料保持台14的上方朝着衬底16供应的材料流体流动的方向上延伸的方向轴定位为y轴。设定X和y轴如参照图I所描述。此外，试料保持台14的最外圆周的上端或者出口的下端的位置定义为焦点位置50，并且在xy坐标中表示为(0，a)，并且与焦点位置50关于X轴对称的出口的上端的位置定义为基准位置52，并在xy坐标中表示为(0，O)。S卩，出口或者限定在试料保持台14的最外圆周的横向侧上的开口的上端对应于基准位置52，并且下端对应于焦点位置50。换言之，焦点位置50和基准位置52之间的距离对应于开口在y方向上的长度。即，参照图3描述的高度Iitl能用作距离a。此外，限定与X轴平行并虚拟地通过点(0，-a)的基准线54 ;如参照图5所述，与I轴平行的任意的垂线62与基准线54相交的点定义为垂线上端点56，并且任意的垂线62与从焦点位置50延伸的任意的线64相交的点定义为垂线下端点58 ;并且获得对应于垂线上端点56和垂线下端点58之间的距离的垂线62的长度等于对应于焦点位置50和垂线下端点58之间的距离的任意的线64的长度的垂线下端点58的轨迹。所获得的轨迹构成抛物线曲线60。抛物线60的作用是使得由抛物线曲线60上的任意的点处的抛物线曲线60的切线66与连接任意的点和焦点50的线64所形成的角度等于由切线66与垂直于基准线54并通过该任意的点的垂线62的延长线68所形成的角度。这些角度在图6中定义为Θ。鉴于以上，考虑到入射波来自焦点位置50，碰撞抛物线曲线60并在抛物线曲线60上反射，入射波对应于线64，入射波碰撞垂线62的抛物线曲线60的点对应于任意的点，并且反射的波对应于垂线62的延长线68。在以上，任意的点对应于垂线下端点58。因而，由来自焦点位置50并且碰撞抛物线曲线60并被抛物线曲线60反射的入射波所形成的反射的波被导向垂直于基准线54。这对于抛物线曲线60上所有的点都是这样。因而，不管来自焦点位置50的入射波的方向如何，结果，反射的波都导向垂直于基准线54;即，与垂线平行。利用此作用，抛物线曲线60能用作平行反射镜的镜面的曲线。如上所述，当流体排出通道24的基本外形基于抛物线曲线60而形成时，可以具有从试料保持台14的外圆周端水平流动的任何流体在y方向上导向以在没有相交的情况下彼此平行。此处，注意，从外壳12的圆筒形部分22延伸到气体排出单元32的通道包括流体排出通道24的外形的内壁和设置在试料保持台14的外部的保护环19的侧壁，并假定这两个壁表面各称为通道一侧壁表面和通道另一侧壁表面。然后，抛物线曲线能称为通道一侧曲线作为用于通道一侧壁表面的曲线。类似地，用于保护环19的侧壁或者通道另一侧壁表面的曲线能称为通道另一侧曲线。考虑到通道一侧曲线，通道另一侧曲线更好地定义为与通道一侧曲线相对的曲线。图7是示出在试料保持台14和保护环19附近区域的图，其中，保护环19对应于设置在试料保持台14的外圆周侧上的外侧构件。通道另一侧曲线是限定保护环19的外形的曲线。在图7中，限定保护环19的顶表面的线性部分和从顶表面向下适度地延伸的弯曲部分一起构成通道另一侧曲线。如图7所示，保护环19具有定位成比试料保持台14的高度位置低一台阶H的顶表面。尽管台阶部分的宽度限定为W，但是包含具有宽度W的线性部分并从顶表面向下适度地延伸的侧壁的光滑凸起曲线构成通道另一侧曲线。如上所述的保护环19的顶表面定位成比试料保持台14的高度位置低一台阶H的 原因是当使用过的流体42刚刚从试料保持台14流出时将使用过的流体向下吸引，使得使用过的流体42能容易地向下导向。当保护环19的台阶部分的宽度W过大时，尽管使用过的流体42在与保护环19的台阶部分碰撞之后其方向发生改变，使用过的流体沿着台阶部分的表面流动，并与通道一侧曲线的壁表面碰撞。为了应对以上，台阶部分形成为具有适当窄的宽度W，使得能避免碰撞，并且使用过的流体42由于具有台阶部分H的试料保持台14的旋转侧表面传递给使用过的流体42的流体吸引效果而能沿着保护环19的侧壁向下导向。由于这些原因，优选地，与通道一侧曲线相比，作为保护环19的侧壁的曲线的通道另一侧曲线形成为向下进一步适度延伸的曲线。如上所述，当保护环19的顶表面定位成比试料保持台14低具有适当窄的宽度W的台阶H时，通道另一侧曲线能使用从顶表面或者台阶部分向下延伸的曲线来限定，且该曲线的曲率半径小于抛物线曲线的曲率半径。利用此布置，使用过的流体能沿着保护环19的侧壁向下引导，并且使用过的流体与通道一侧曲线的壁表面碰撞的时间能延迟。此外，由此，能降低与通道一侧曲线碰撞的使用过的流体的流速，并且能降低与通道一侧曲线碰撞的使用过的流体的温度。因而，可以减小由于使用过的流体42而在通道一侧曲线的壁表面上的堆积物。此外，当使用抛物线曲线限定通道一侧曲线，使得使用过的流体42的流线能向下导向时，可以减小使用过的流体回流发生的可能性。如果由于一些原因发生回流，则出口处的角形状部分13能阻挡回流。为了有效地防止回流，优选地，出口不是光滑的，而是如图4所示，成形成具有明确的角度。回流的一个可能性是从气体排出单元32的回流。然而，当使用过的流体42在向下流动的同时被抛物线曲线等整流时，这种流动能降低来自气体排出单元32的回流。图8是说明抛物线曲线60的应用的结果的图，示出以试料保持台14的端部为中心的xy横截面视图。如图8所示，出口是位于与试料保持台14的最外圆周的上端的位置对应的焦点位置50和沿着y方向与焦点位置50相对的基准位置52之间的开口。参照图6描述的抛物线曲线60用于以基准位置52作为开始位置的通道一侧曲线26。注意，尽管当假定流体是全反射时抛物线曲线60是最佳曲线，但是实际上，由于流动不总是全反射，取决于流动的状况而能采用基于抛物线曲线60的任何抛物线类似曲线。
如图7所示，与通道一侧曲线26相对的通道另一侧曲线28限定成包括相对于试料保持台14具有台阶H的保护环19的顶表面，并具有比抛物线曲线60的曲率半径更小的曲率半径。注意，台阶H沿着径向方向的尺寸或者宽度尺寸设定为预定的宽度尺寸W。通道一侧曲线26构成如图I所示像裙子那样扩展的环形流体排出通道24的上表面侧上的弯曲表面在xy横截面上的曲线。即，通过围绕外壳12的中心轴旋转通道一侧曲线26而获得的圆形对称形状的一侧通道表面构成环形流体排出通道24的上表面侧上的弯曲表面。类似地，通道另一侧曲线28构成像裙子那样扩展的环形流体排出通道24的下表面侧上的弯曲表面在xy横截面上的曲线。为了将流体排出通道24形成为包围试料保持台14的圆周的环形通道，设置连接表面用于连接一侧通道表面和另一侧通道表面，使得所有这些一起形成环形流体排出通道24。图8示意性地示出如上所述限定的流体排出通道24中使用过的流体42的流动。如所示，使用过的流体42的流动包括由于保护环19的台阶H的作用而向下弯曲并沿着保 护环10流动的比较快的流动41和沿着通道一侧通道26流动的比较慢的流动43。如上所述，已经在衬底16的表面上流动的各种流动除了出口的上端附近区域之外在没有紊流发生的情况下彼此平行地流动。结果，这能减小反应生成物附着在流体排出通道24的内壁上的可能性。图9是说明典型传统的表面处理设备的流体排出通道25中引起的紊流的图。由于典型传统的表面处理设备的流体排出通道25是局部具有倾斜壁的线性通道，而不是参照图8描述的流线型通道，除了出口的上端附近引起的回流70之外，在衬底16的表面上流动的使用过的流体与流体排出通道25的线性通道的倾斜表面激烈碰撞，以分成向上游侧返回的回流72和向下游侧流动的排出气体流74。这种回流72可以预回流70合流。图10示出了在传统的流体排出通道25中使用过的流体的模拟计算的结果。如参照图9所述，示出了在出口的上端附近更宽的区域中发生的回流70、由于已经激烈地碰撞流体排出通道25的线性倾斜表面由此被迫弯曲的流动而造成的排出气体流动74和在排出侧上造成的回流76。图8和图10之间的比较清楚地示出在采用抛物线曲线60的流体排出通道24中，与传统的流体排出通道25相比，沿着衬底16的表面流动的各种流动彼此平行地流动，使得能有效地防止使用过的流体与出口通道的内壁碰撞，并防止受到干扰。工业应用性根据本发明的表面处理设备能用在这样的表面处理中，在该表面处理中诸如适合的反应气体等的材料流体供应到衬底上以在其上形成半导体层、绝缘层、导电层等，或者蚀刻或者清洁其表面，或者形成涂敷构件。参考标号的描述10表面处理设备，12外壳，13角形状部分，14试料保持台16衬底，18加热器，19保护环，22圆筒形部分，24流体排出通道25 (传统)流体排出通道，26通道一侧曲线28通道另一侧曲线，30供应单元，32气体排出单元，34旋转单元36加热单元，40材料流体，41、43流动，42使用过的流体50焦点位置，52基准位置，54基准线，56垂线上端点，58垂线下端点60抛物线，62垂线，64线(从焦点位置延伸)，66切线
68延长线，70、72/、76、回流，74排出气体流。
权利要求
1.一种表面处理设备，其包括 外壳，其构成周壁； 试料保持台，其设置在所述外壳内，用于保持试料； 材料流体供应通道，其设置到所述外壳，用于将材料流体供应到在所述试料保持台上的所述试料；以及 流体排出通道，其设置在所述外壳中的所述试料保持台的横向侧，用于将在沿着所述试料的表面流动的同时已经将表面处理施加到所述试料的所述材料流体作为使用过的流体经由在所述试料保持台的横向侧形成的出口排出到外部， 其中， 当 与所述出口的横截面垂直的方向轴定义为X轴， 与所述X轴正交的任意方向轴定义为I轴， 所述出口的周缘端与所述y轴相交的点中的一个点的位置被定义为焦点位置，并还定义为所述I轴的+a位置， 所述出口的所述周缘端与所述y轴相交的点中与所述焦点位置关于所述X轴对称的其他点的位置被定义为基准位置，并还定义为所述I轴的零位置， 基准线定义在所述I轴的-a位置中，所述y轴的_a位置是与所述焦点位置在夹着所述基准位置的情况下对称的位置， 与所述y轴平行的任意垂线与所述基准线相交的点定义为垂线上端点，并且 所述任意垂线与从所述焦点位置延伸的任意线相交的点定义为垂线下端点时， 所述流体排出通道包括 通道一侧曲线，其是在所述垂线上端点和所述垂线下端点之间的距离等于所述焦点位置和所述垂线下端点之间的距离的情况下所述垂线下端点的轨迹而形成的经过所述基准位置的抛物线曲线，或者以所述抛物线曲线作为基准曲线而形成的抛物线类似曲线，以及通道另一侧曲线，其与所述通道一侧曲线相对，并且 所述流体排出通道的形状基于所述通道一侧曲线和所述通道另一侧曲线而形成。
2.—种表面处理设备,其包括 外壳，其构成周壁； 试料保持台，其设置在所述外壳内，用于保持试料； 旋转机构，其用于驱动以旋转所述试料保持台； 材料流体供应通道，其设置在所述外壳中所述试料保持台的上方，用于将材料流体供应到所述试料保持台上的所述试料；以及 流体排出通道，其设置在所述外壳中的所述试料保持台的横向侧，用于将已经作为纵向流动而从所述试料保持台的上方朝着所述试料供应，然后在沿着所述试料的表面流动的同时已经将表面处理施加到所述试料的所述材料流体作为使用过的流体经由在所述试料保持台的横向侧形成的出口排出， 其中， 当 与所述出口的横截面垂直的方向轴定义为X轴，与所述X轴正交且从所述试料保持台的上方朝着所述试料供应的所述材料流体沿着其流动的方向轴定义为I轴， 作为所述出口的下端的所述试料保持台的最外圆周的上端的位置被定义为焦点位置，并且还被定义为所述I轴的+a位置， 与所述焦点位置关于所述X轴对称的所述出口的上端的位置定义为基准位置，并且还被定义为所述y轴的零位置， 基准线被定义在所述I轴的-a位置中，所述y轴的_a位置是与所述焦点位置在夹着所述基准位置的情况下对称的位置， 与所述y轴平行的任意垂线与所述基准位置相交的点被定义为垂线上端点，并且 所述任意垂线与从所述焦点位置延伸的任意线相交的点被定义为垂线下端点， 所述流体排出通道包括 通道一侧曲线，其是在所述垂线上端点与所述垂线下端点之间的距离等于所述焦点位置与所述垂线下端点之间的距离的情况下所述垂线下端点的轨迹而形成的经过所述基准位置的抛物线曲线，或者以所述抛物线曲线作为基准曲线而形成的抛物线类似曲线， 通道另一侧曲线，其与所述通道一侧曲线相对，并且 所述流体排出通道的形状基于所述通道一侧曲线和所述通道另一侧曲线而形成。
3.根据权利要求I所述的表面处理设备，其中，所述流体排出通道具有高度尺寸等于在所述试料的表面上流动的边界层的厚度尺寸的出口。
4.根据权利要求2所述的表面处理设备，其中，所述流体排出通道具有高度尺寸等于在所述试料的表面上流动的边界层的厚度尺寸的出口。
5.根据权利要求I所述的表面处理设备，其中，所述流体排出通道在在所述试料保持台的横向侧上形成的出口中具有角部形状。
6.根据权利要求2所述的表面处理设备，其中，所述流体排出通道在在所述试料保持台的横向侧上形成的出口中具有角部形状。
7.根据权利要求I所述的表面处理设备，其中 当所述试料保持台附加地具有设置在其外周侧的外侧构件时，所述外侧构件构成包括顶表面和从所述顶表面进一步向下延伸的光滑凸起形状的通道另一侧曲线，所述顶表面具有预定的宽度，并定位成比所述试料保持台的高度位置低一台阶，并且 所述预定宽度限定成较窄，使得被所述台阶沿着设置所述台阶的方向弯曲的流体被防止沿着所述台阶流动而与相对的流体排出通道碰撞。
8.根据权利要求2所述的表面处理设备，其中 当所述试料保持台附加地具有设置在其外周侧的外侧构件时，所述外侧构件构成包括顶表面和从所述顶表面进一步向下延伸的光滑凸起形状的通道另一侧曲线，所述顶表面具有预定的宽度，并定位成比所述试料保持台的高度位置低一台阶，并且 所述预定宽度限定成较窄，使得被所述台阶沿着设置所述台阶的方向弯曲的流体被防止沿着所述台阶流动并与相对的流体排出通道碰撞。
9.根据权利要求2所述的表面处理设备，其中 所述外壳具有圆筒形状，所述圆筒形状具有与所述y轴平行的中心轴，并且 所述流体排出通道包括具有通过将所述通道一侧曲线绕所述外壳的所述中心轴旋转而形成的旋转对称形状的一侧通道表面， 具 有通过将所述通道另一侧曲线绕所述外壳的所述中心轴旋转而形成的旋转对称形状的另一侧通道表面，以及 连接表面，其用于连接所述一侧通道表面和所述另一侧通道表面。
全文摘要
为了减小在表面处理设备中当表面处理材料流体沿着衬底的表面流动以排出时由于使用过的流体与出口通道的内壁碰撞而引起的紊流。表面处理设备(10)是其中盘状试料保持台(14)设置在构成圆筒状圆周壁的外壳(12)内的设备。设置在外壳(12)的上部中的圆筒状部分(22)构成材料流体供应通道，并且设置在外壳(12)中试料保持台(14)的横向侧上并随着气远离圆筒状部分(22)而扩展成形的通道构成流体排出通道(24)。流体排出通道(24)采用抛物线曲线等，其中，试料保持台(14)的最外圆周的上端的位置定义为焦点位置，并且与焦点位置对称的出口的上端的位置定义为基准位置。
文档编号C23C16/455GK102844464SQ20118001631
公开日2012年12月26日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月26日
发明者姜玉雁, 稻垣昌英, 中岛健次, 牧野聪一郎, 堀之内成明, 伊藤孝浩 申请人:丰田自动车株式会社